Введение_в_специальность

обслуживания территории крупного города – мегаполиса. В то вре- мя как локальные сети наилучшим образом подходят для разделе-

ния ресурсов на коротких расстояниях и для широковещательных передач, а глобальные сети обеспечивают работу на больших рас- стояниях, но с ограниченной скоростью и небогатым набором услуг, сети мегаполисов занимают некоторое промежуточное поло- жение. Они используют цифровые магистральные линии связи, ча- сто оптоволоконные, со скоростями от 45 Мбит/с, которые предна- значены для связи локальных сетей в масштабах города и соедине- ния локальных сетей с глобальными. Эти сети первоначально были разработаны для передачи данных, но сейчас они поддерживают и такие услуги, как видеоконференция и интегральная передача голо- са и текста. Развитие технологии сетей мегаполисов осуществля- лось местными телефонными компаниями. Исторически сложилось так, что местные телефонные компании всегда обладали слабыми техническими возможностями, поэтому они не могли привлечь крупных клиентов. Чтобы преодолеть свою отсталость и занять до- стойное место в мире локальных и глобальных сетей, местные предприятия связи занялись разработкой сетей на основе самых со- временных технологий, например технологии коммутации ячеек SMDS или АТМ. Сети мегаполисов являются общественными сетя- ми, и поэтому их услуги обходятся дешевле, чем построение соб- ственной (частной) сети в пределах города [12].

9.2. Отличия локальных сетей от глобальных

Рассмотрим основные отличия локальных сетей от глобальных более детально. Так как в последнее время эти отличия становятся все менее заметными, то будем считать, что в данном разделе рас- сматриваются сети конца 80-х годов ХХ в., когда эти отличия про- являлись весьма отчетливо, а современные тенденции сближения

технологий локальных и глобальных сетей будут рассмотрены в дальнейшем.

Протяженность, качество и способ прокладки линий связи.

Класс локальных вычислительных сетей по определению отличает- ся от класса глобальных сетей небольшим расстоянием между уз- лами сети. Это позволяет использовать в локальных сетях каче-

91

ственные линии связи (коаксиальный кабель, витая пара, оптоволо- конный кабель), которые не всегда доступны (из-за экономических ограничений) на больших расстояниях, свойственных глобальным сетям. В глобальных сетях часто применяются уже существующие линии связи (телеграфные или телефонные), а в локальных сетях они прокладываются заново.

Сложность методов передачи и оборудования. В условиях низкой надежности физических каналов в глобальных сетях требу- ются более сложные, чем в локальных сетях, методы передачи дан- ных и соответствующее оборудование. Так, в глобальных сетях ши- роко применяются модуляция, асинхронные методы, сложные ме- тоды контрольного суммирования, квитирование и повторные пере- дачи искаженных кадров. Однако качественные линии связи в ло-

кальных сетях позволили упростить процедуры передачи данных за счет применения немодулированных сигналов и отказа от обяза- тельного подтверждения получения пакета [3, 11].

Скорость обмена данными. Одним из главных отличий локаль- ных сетей от глобальных является наличие высокоскоростных ка- налов обмена данными между компьютерами, скорость которых (10,16 и 100 Мбит/с) сравнима со скоростями работы устройств и узлов компьютера (дисков, внутренних шин обмена данными и т. п.). Поэтому у пользователя локальной сети, подключенного к удаленному разделяемому ресурсу (например, диску сервера), скла- дывается впечатление, что он пользуется этим диском, как «своим». Для глобальных сетей типичны гораздо более низкие скорости пе-

редачи данных – 2400, 9600, 28800, 33600 бит/с, 56 и 64 Кбит/с и только на магистральных каналах – до 2 Мбит/с.

Разнообразие услуг. Локальные сети предоставляют, как прави- ло, широкий набор услуг – это различные виды услуг файловой службы, услуги печати, услуги службы передачи факсимильных сообщений, услуги баз данных, электронная почта и другие, в то

время как глобальные сети в основном предоставляют почтовые услуги и иногда файловые услуги с ограниченными возможностями

– передачу файлов из публичных архивов удаленных серверов без предварительного просмотра их содержания.

Оперативность выполнения запросов. Время прохождения па-

кета через локальную сеть обычно составляет несколько миллисе- кунд, время же его передачи через глобальную сеть может дости-

92

гать нескольких секунд. Низкая скорость передачи данных в гло- бальных сетях затрудняет реализацию служб для режима on-line, который является обычным для локальных сетей.

Разделение каналов. В локальных сетях каналы связи исполь- зуются, как правило, совместно сразу несколькими узлами сети, а в глобальных сетях – индивидуально.

Использование метода коммутации пакетов. Важной особен-

ностью локальных сетей является неравномерное распределение нагрузки. Отношение пиковой нагрузки к средней может составлять 100:1 и даже выше. Такой трафик обычно называют пульсирую- щим. Из-за этой особенности трафика в локальных сетях для связи узлов применяется метод коммутации пакетов, который для пуль- сирующего трафика оказывается гораздо более эффективным, чем традиционный для глобальных сетей метод коммутации каналов. Эффективность метода коммутации пакетов состоит в том, что сеть в целом передает в единицу времени больше данных своих абонен- тов. В глобальных сетях метод коммутации пакетов также исполь- зуется, но наряду с ним часто применяется и метод коммутации ка- налов, а также некоммутируемые каналы как унаследованные тех- нологии некомпьютерных сетей.

Масштабируемость. Классические локальные сети обладают плохой масштабируемостью из-за жесткости базовых топологий, определяющих способ подключения станций и длину линии. При использовании многих базовых топологий характеристики сети рез- ко ухудшаются при достижении определенного предела по количе- ству узлов или протяженности линий связи. Глобальным же сетям присуща хорошая масштабируемость, так как они изначально раз- рабатывались в расчете на работу с произвольными топологиями.

9.3. Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей

Если принять во внимание все перечисленные выше различия локальных и глобальных сетей, то становится понятным, почему так долго могли существовать раздельно два сообщества специали- стов, занимающиеся этими двумя видами сетей. Но за последние годы ситуация резко изменилась.

93

Специалисты по локальным сетям, перед которыми встали зада- чи объединения нескольких локальных сетей, расположенных в разных, географически удаленных друг от друга пунктах, были вы-

нуждены начать освоение чуждого для них мира глобальных сетей

ителекоммуникаций. Тесная интеграция удаленных локальных се- тей не позволяет рассматривать глобальные сети в виде «черного ящика», представляющего собой только инструмент транспорти- ровки сообщений на большие расстояния. Поэтому все, что связано с глобальными связями и удаленным доступом, стало предметом повседневного интереса многих специалистов по локальным сетям.

Сдругой стороны, стремление повысить пропускную способ- ность, скорость передачи данных, расширить набор и оперативность служб, другими словами, стремление улучшить качество предо- ставляемых услуг – все это заставило специалистов по глобальным сетям обратить пристальное внимание на технологии, используемые в локальных сетях.

Таким образом, в мире локальных и глобальных сетей явно наметилось движение навстречу друг другу, которое уже сегодня привело к значительному взаимопроникновению технологий ло- кальных и глобальных сетей.

Одним из проявлений этого сближения является появление сетей масштаба большого города (MAN), занимающих промежуточное положение между локальными и глобальными сетями. При доста- точно больших расстояниях между узлами они обладают каче- ственными линиями связи и высокими скоростями обмена, даже более высокими, чем в классических локальных сетях. Как и в слу- чае локальных сетей, при построении MAN уже существующие ли- нии связи не используются, а прокладываются заново.

Сближение в методах передачи данных происходит на платфор- ме оптической цифровой (немодулированной) передачи данных по оптоволоконным линиям связи. Из-за резкого улучшения качества

каналов связи в глобальных сетях начали отказываться от сложных

иизбыточных процедур обеспечения корректности передачи дан- ных. Примером могут служить сети Frame Relay. В этих сетях пред- полагается, что искажение бит происходит настолько редко, что ошибочный пакет просто уничтожается, а все проблемы, связанные с его потерей, решаются программами прикладного уровня, кото- рые непосредственно не входят в состав сети Frame Relay.

94

За счет новых сетевых технологий и соответственно нового обо- рудования, рассчитанного на более качественные линии связи, ско- рости передачи данных в уже существующих глобальных коммер-

ческих сетях нового поколения приближаются к традиционным скоростям локальных сетей (в сетях frame relay сейчас доступны скорости 2 Мбит/с), а в глобальных сетях АТМ и превосходят их, достигая 622 Мбит/с [12].

Врезультате службы для режима on-line становятся обычными и

вглобальных сетях. Наиболее яркий пример – гипертекстовая ин- формационная служба World Wide Web, ставшая основным постав- щиком информации в сети Internet. Ее интерактивные возможности превзошли возможности многих аналогичных служб локальных се- тей, так что разработчикам локальных сетей пришлось просто поза- имствовать эту службу у глобальных сетей. Процесс переноса служб и технологий из глобальных сетей в локальные приобрел та- кой массовый характер, что появился даже специальный термин – intranet-технологии (intra – внутренний), обозначающий применение служб внешних (глобальных) сетей во внутренних – локальных.

Локальные сети перенимают у глобальных сетей и транспортные технологии. Все новые скоростные технологии (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN) поддерживают работу по индиви-

дуальным линиям связи наряду с традиционными для локальных сетей разделяемыми линиями. Для организации индивидуальных

линий связи используется специальный тип коммуникационного оборудования – коммутаторы. Коммутаторы локальных сетей со- единяются между собой по иерархической схеме подобно тому, как это делается в телефонных сетях: имеются коммутаторы нижнего уровня, к которым непосредственно подключаются компьютеры сети, коммутаторы следующего уровня соединяют между собой коммутаторы нижнего уровня и т. д. Коммутаторы более высоких уровней обладают, как правило, большей производительностью и работают с более скоростными каналами, уплотняя данные нижних уровней. Коммутаторы поддерживают не только новые протоколы локальных сетей, но и традиционные – Ethernet и Token Ring.

Влокальных сетях в последнее время уделяется такое же боль- шое внимание методам обеспечения защиты информации от не- санкционированного доступа, как и в глобальных сетях. Такое вни- мание обусловлено тем, что локальные сети перестали быть изоли-

95

рованными, чаще всего они имеют выход в «большой мир» через глобальные связи. При этом часто используются те же методы – шифрование данных, аутентификация пользователей, возведение защитных барьеров, предохраняющих от проникновения в сеть извне.

И, наконец, появляются новые технологии, изначально предна- значенные для обоих видов сетей. Наиболее ярким представителем нового поколения технологий является технология АТМ, которая может служить основой не только локальных и глобальных компь- ютерных сетей, но и телефонных сетей, а также широковещатель- ных видеосетей, объединяя все существующие типы трафика в од- ной транспортной сети.

Контрольные вопросы

1.Деление сетей по степени территориальной распределенности: глобальные (WAN), городские (MAN), локальные (LAN).

2.Отличия локальных сетей от глобальных.

3.Тенденция к сближению локальных и глобальных сетей.

96

ГЛАВА 10

ПОСТРОЕНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ СИСТЕМ РАДИОСВЯЗИ

10.1. Общие принципы и особенности построения систем радиосвязи

Радиосвязь – вид электросвязи, осуществляемый с помощью ра- диоволн.

Под радиоволнами принято понимать электромагнитные волны, частота которых выше 3 кГц и ниже 3000 ГГц, распространяющиеся в среде без искусственных направляющих линий. Частоты радио- волн называют радиочастотами.

Повторим некоторые необходимые понятия, описывающие ра- диоволны.

Скорость распространения электромагнитных волн (ЭМВ) зави- сит от свойств среды. При распространении в воздухе скорость ЭМВ близка (несколько меньше) скорости света в вакууме, т. е. v = 3×108 м/с.

Электромагнитные волны создаются источниками с периодиче- ски изменяющимися токами. Если в некоторый момент времени ЭМВ имеет некоторое заметное значение (максимальное или нуле- вое), то это значение она будет иметь спустя время, кратное перио- ду T. При этом ЭМВ переместится от источника на расстояние:

λ = v ×T = vf ,

называемое длиной волны.

В этих формулах v – скорость ЭМВ; T = 1/f – период волны; f = 1/T – циклическая частота ЭМВ.

Связь между частотой и длиной волны следующая:

f = vλ , Гц ,

т. е. частота и длина волны связаны обратно пропорциональной за- висимостью. Например, частоте 1 МГц соответствует длина волны 300 м. Длина волны 1 м соответствует частоте 300 МГц.

97

Сигналы, передаваемые с помощью радиоволн, называют радио- сигналами. Они состоят из множества гармонических колебаний близких частот. При этом область частот гармонических колебаний, из которых состоит радиосигнал, называют радиочастотным спек- тром или спектром радиосигнала. Соответственно, разность между наибольшей и наименьшей частотами колебаний радиосигнала – это ширина спектра радиосигнала [5, 11].

Таблица 10.1

Диапазон радиоволн

Диапазон радиоволн – определённое непрерывное множество длин волн (или частот радиоволн), которому присвоено условное наименование.

98

В соответствии с Международным регламентом радиосвязи все радиоволны разделены на девять диапазонов с номерами от четвёр- того до двенадцатого. Эти области радиочастот разделены граница- ми (0,3...3,0)×10N Гц, где N – номер диапазона.

Сведём классификацию радиоволн в табл. 10.1.

Здесь 1 кГц = 103 Гц, 1 МГц = 103 кГц = 106 Гц, 1 ГГц = 103 МГц = = 109 Гц, 1 ТГц = 103 ГГц = 1012 Гц.

Четкая классификация радиоволн на диапазоны необходима для однозначного понимания свойств и особенностей радиоволн раз-

личных частот и для правильного распределения радиоволн между различными службами и потребителями.

В США колебания с частотами выше 1000 МГц, т. е. 1 ГГц, называют микроволнами.

Заметим, что радиоволны диапазонов 4–9 применяют при радио- вещании или телевизионном вещании. Для связи с подвижными объектами применяют диапазоны 9 и 10, т. е. диапазоны децимет- ровых и сантиметровых волн. Начинается освоение диапазона 11, т. е. миллиметрового.

Структура радиосистем связи

Радиосвязь осуществляется с помощью радиосистем передачи (связи). Структурная схема радиосистемы связи или радиосети по

существу не отличается от соответствующей схемы любой системы или сети электросвязи. Однако есть определённые особенности, связанные с использованием радиосигнала.

Обратимся к обобщённой структурной схеме системы передачи, являющейся составной частью системы радиосвязи (рис. 10.1), и сравним её с ранее рассмотренной схемой системы передачи в си- стеме электросвязи. Будем предполагать, что система радиосвязи является многоканальной.

На этой схеме:

КГО – каналообразующее и групповое оборудование, обеспечи- вающее формирование сигналов в каналах из множества подлежа- щих передаче первичных сигналов электросвязи и обратное преоб- разование;

СЛ – проводные (!) соединительные линии, обеспечивающие подключение КГО к линейному тракту системы при его удалённо- сти от источников первичных сигналов;

99

ООС пер – оконечное оборудование связи на передающем конце радиоствола РСТ, в котором формируется линейный радиосигнал;

ООС прм – оконечное оборудование связи на приёмном конце радиоствола РСТ, где радиосигнал преобразуется для передачи по приёмной соединительной линии СЛ.

Рис. 10.1. Структурная схема радиосистемы связи

Новое в этой схеме то, что элементы линейного тракта системы передачи называются по-особому. При этом среда распространения линейных сигналов названа радиостволом (РСТ).

Радиоствол (radiotrunk) – это совокупность среды передачи ра-

диосигналов и дополнительного оборудования для ретрансляции радиосигналов. Если в радиостволе нет ретрансляторов, то он про- стой, в противном случае – составной.

Радиоретранслятор – устройство для приёма, преобразования, усиления и повторной передачи радиосигналов.

Общие принципы организации радиосвязи. Классификация радиосистем передачи

Средой распространения в канале радиосвязи является воздух, а не направляющая линия. Поэтому радиосигналы могут распростра- няться в различные стороны. С применением высоконаправленных антенн (передающей и приёмной) можно передавать этот сигнал в заданном направлении и принимать с заданного направления, т. е. создавать пространственно-ориентированные каналы.

Радиоканал, обеспечивающий связь в одном направлении, назы- вают радиолинией.

Рассмотрим упрощённую структурную схему радиолинии с од- ним радиоканалом (рис. 10.2).

100